JP2012005640A

JP2012005640A - 脳波計測用電極装置

Info

Publication number: JP2012005640A
Application number: JP2010143840A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Makikawa; 方昭牧川; Shima Okada; 志麻岡田; Takuya Kimura; 拓也木村
Original assignee: Ritsumeikan Trust
Current assignee: Ritsumeikan Trust
Priority date: 2010-06-24
Filing date: 2010-06-24
Publication date: 2012-01-12

Abstract

【課題】頭皮に電極を直接接触させることなく脳波信号の計測を行うことが可能な脳波計測用電極装置を提供する。
【解決手段】人の頭皮１０に頭髪１１を介して装着される電極２と、電極２に接続され、電極２と頭皮１０との間の静電容量結合による電圧変化を検出するオペアンプ３０と、一端が電極２に接続されるとともに他端が接地される抵抗素子４とを備え、電極２が頭皮１０に頭髪１１を介して装着された場合に、電極２および頭皮１０間に形成されるコンデンサと抵抗素子４とによって形成されるハイパスフィルタのカットオフ周波数が限りなく０に近似されるように、抵抗素子４の抵抗値が決定されている。電極２は基板に一方の面に実装され、基板の他方の面にオペアンプ３０が実装され、基板は、電極２のみが露出するように、樹脂によりモールドされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、頭皮に電極を直接接触させることなく頭髪の上からでも高い精度の脳波検査を可能とする脳波計測用電極装置に関する。

近年、人の感性を脳波から客観的に評価することが行われており、脳波を用いて、例えば製品の評価や乗り物の乗り心地の評価などを分析する技術についての研究が進められている。このような脳波を用いた評価を精度よく行う上で、脳波信号を精度よく計測することは不可欠である。

脳波信号は、例えば、銀−塩化銀製の皿電極からなる複数の電極を被験者の頭皮に接触させて計測するが、頭髪の存在や頭の形状の不均一さから、電極と頭皮との確実な接触状態を実現するために、計測前に、被験者の頭皮の脂肪分や汚れを清拭するなどの頭皮処理を行った後、ペーストを使用して電極を頭皮に接触させることが一般的に行われている。しかしながら、ペーストを用いる場合には、ペーストが頭皮に接触するために被験者に不快感を与えるという問題が生じるともに、頭髪をかき分けて頭皮に電極を接触させる必要があるために、計測を開始するまでに要する時間が多大となり、被験者にかかる負担が大きいという問題も生じる。また、電極を頭皮に装着するにあたっては、専門性が要求され、手軽に日常的に使用するには不向きであるという問題も生じる。

そこで、ペーストを使用しないペーストレスの脳波信号検出方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の検出方法は、電解液として生理食塩水を吸水した状態の弾性部材を電極として頭皮に接触させる方式のものであり、ペーストを使用しないので、被験者の不快感については軽減可能である。

特開２００６−３４４２９号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載の検出方法においても、電極を頭皮に直接接触させる必要があるために、頭髪をかき分けて頭皮を露出させる必要があるなど、検査を開始するまでに要する時間が多大となって被験者にかかる負担が大きいという問題を生じる。

本発明は、上記した問題に着目してなされたもので、頭皮に電極を直接接触させることなく脳波信号の計測を行うことが可能な脳波計測用電極装置を提供することを目的とする。

本発明の前記目的は、人の脳波信号を検出するために用いられる脳波計測用電極装置であって、人の頭皮に頭髪を介して装着される導電性の電極と、前記電極に接続され、前記電極と頭皮との間の静電容量結合による電圧変化を検出する増幅回路と、一端が前記電極に接続されるとともに他端が接地される抵抗素子とを備え、前記電極が人の頭皮に頭髪を介して装着された場合に、前記電極および頭皮間に形成されるコンデンサと前記抵抗素子とによって形成されるハイパスフィルタのカットオフ周波数が限りなく０に近似されるように、前記抵抗素子の抵抗値が決定されていることを特徴とする脳波計測用電極装置により達成される。

本発明の好ましい実施態様においては、基板の一方の面に前記電極が実装されるとともに、前記基板の他方の面に前記増幅回路が実装され、前記基板に設けられたスルーホールを介して前記電極および前記増幅回路が接続されることを特徴としている。

本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記基板は、前記電極のみが露出するように、樹脂によりモールドされていることを特徴としている。

本発明のさらに好ましい他の実施態様においては、前記基板は、前記電極および前記増幅回路を含む全体が樹脂によりモールドされていることを特徴としている。

本発明のさらに好ましい他の実施態様においては、前記脳波計測用電極装置は、帽子に組み込まれていることを特徴としている。

本発明によれば、頭皮に電極を直接接触させることなく頭髪の上からでも脳波信号を検出することが可能な脳波計測用電極装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る脳波計測用電極装置の概略構成を示す回路図である。図１の等価回路図である。脳波計測用電極装置の断面図である。電極の装着位置を説明する説明図である。実験に使用した電極およびそれを被験者の頭部に装着した状態を示す写真である。実施例１において、開眼時および閉眼時に計測した脳波信号の計測波形の一部分を示すグラフである。図５の計測波形に関して周波数解析を行った結果を示すグラフである。実施例２において、睡眠時に計測した脳波信号の計測波形の一部分を示すグラフである。図８の計測波形に関して周波数解析を行った結果を示すグラフである。実施例３の計測システムの概略構成を示すブロック図である。実施例３において、睡眠時に計測した脳波信号の計測波形の一部分を示すグラフである。図１１の計測波形に関して周波数解析を行った結果を示すグラフである。脳波計測用電極装置を目出し帽に組み込んだ状態を示す斜視図である。実施例４において、睡眠時において計測した脳波信号の計測波形一部分を示すグラフである。図１４の計測波形に関して周波数解析を行った結果を示すグラフである。実施例４において、睡眠時において計測した脳波信号の計測波形一部分を示すグラフである。脳波計測用電極装置の他の実施形態の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る脳波計測用電極装置１の概略構成を、図２は図１の等価回路を示す回路図を、図３は脳波計測用電極装置１の構成を示す断面図を、それぞれ示している。図１〜図３に示すように、脳波計測用電極装置１は、主要な構成として、導電性を有する電極２と、増幅回路３と、抵抗素子４とを備えており、人の頭皮１０に電極２を直接接触させることなく頭髪１１の上からでも脳から発生する電気信号の検出を可能とするものである。

電極２は、人の頭皮１０の表面に直接接して装着されるのではなく、人の頭髪１１を誘電体として用い、この誘電体としての頭髪１１を挟んだ状態で頭皮１０に装着される。この電極２は、人の頭皮１０とで仮想的なコンデンサ５（図２参照）を形成し、電極２と頭皮１０との間の静電容量結合によって、脳の発生電位（脳電位）Ｖ_ｖｉｖｏを検出するための容量結合型電極として機能する。

電極２を構成する材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されないが、人の頭髪１１上に装着したときに、人の頭部に違和感を与えない程度の軟らかさを有していることが好ましく、本実施形態では、平板状の銅板により構成されている。この電極２は、増幅回路３に接続されており、脳電位Ｖ_ｖｉｖｏの変動に応じて変動する電極２の電位（電気信号）を増幅回路３に伝達している。

増幅回路３は、電極２と人の頭皮１０との間の静電容量結合による電圧変化を検出することにより、脳電位Ｖ_ｖｉｖｏを検出するものであり、本実施形態では、高入力インピーダンス（低出力インピーダンス）のオペアンプ３０により構成されている。オペアンプ３０の入力端子（＋側）３０Ａには、電極２が接続されており、電極２の電位（脳電位Ｖ_ＶＩＶＯ）が電気信号として入力される。また、オペアンプ３０の入力端子（−側）３０Ｂは、オペアンプ３０の出力端子３０Ｃからのフィードバックが入力される。オペアンプ３０は、上記した構成によって、電流の入力を抑制しつつ、電極２からの電気信号を出力端子３２Ｃに伝達することができる。この増幅回路３は、信号線１２（図３に示す）を介して図示しない計測機器に接続されており、増幅回路３の出力電圧Ｖ_ＯＵＴは電気信号として前記計測機器に入力され、脳波信号の計測に用いられる。

抵抗素子４は、電極２に溜まる電荷により、増幅回路３の出力電圧Ｖ_ＯＵＴが飽和することを防ぐため、前記電荷を放出するために設けられた抵抗である。この抵抗素子４は、一端が電極２に、他端がグランド端子６に、それぞれ接続されており、かかる構成、つまり、電極２と頭皮１０とで形成されるコンデンサ５および抵抗素子４によって、脳電位Ｖ_ｖｉｖｏを入力とした仮想的な回路が形成される。この回路構成はハイパスフィルタ７として機能し、このハイパスフィルタ７のカットオフ周波数ｆ_ｃは、２つのパラメータＲ_ｇ，Ｃ_ｂを用いて以下の数式（１）で表される。なお、Ｒ_ｇは、オペアンプ３０の入力端子（＋側）とグランド端子６との間に設けられた前記抵抗素子４の抵抗値である。また、Ｃ_ｂは、電極２と人の頭皮１０とで形成されるコンデンサ５の静電容量値である。

ここで、電極２により出力される脳電位Ｖ_ｖｉｖｏの電気信号は、このハイパスフィルタ７を通過し、ハイパスフィルタ７によって、所定の周波数成分がカットされた状態で、増幅回路３に入力される。そのため、脳電位Ｖ_ｖｉｖｏの電気信号をより正確に増幅回路３に出力するためには、このハイパスフィルタ７の影響を小さくする、つまり、カットオフ周波数ｆ_ｃが小さな値となるように、抵抗値Ｒ_ｇを設定する必要がある。そこで、本実施形態では、ハイパスフィルタ７のカットオフ周波数ｆ_ｃが限りなく０に近似されるように、抵抗値Ｒ_ｇをできるだけ大きく設定し、ハイパスフィルタ７の影響を無視できるように構成している。

抵抗値Ｒ_ｇは、静電容量値Ｃ_ｂを考慮（Ｃ_ｂ≪Ｒ_ｇ）して、適宜設定することができるが、望ましい値の一例を示せば、Ｒ_ｇ＝２．２［ＭΩ］である。なお、抵抗値Ｒ_ｇの値は大きければ大きいほど、電極２により出力される脳電位Ｖ_ｖｉｖｏの電気信号は、ハイパスフィルタ７による影響を受け難いと考えられるので、抵抗値Ｒ_ｇの値は２．２［ＭΩ］よりも大きくてもよい。この抵抗値Ｒ_ｇの値を上記式（１）に代入すると、カットオフ周波数ｆ_ｃはｆ_ｃ≒０［Ｈｚ］と近似できるので、ハイパスフィルタ７の影響を無視することが可能となっている。

本実施形態の脳波計測用電極装置１は、電極２とオペアンプ３０とが一体形成されたアクティブ電極により構成されており、図３に示すように、基板８の一方の面にオペアンプ３０が実装されているとともに、基板８のオペアンプ３０とは反対の側の他方の面に電極２が実装されている。電極２およびオペアンプ３０は、基板８に形成されたスルーホール（図示せず）に挿入したリーディングワイヤ（図示せず）によって接続されている。また、基板８は、例えばエポキシ樹脂などの絶縁樹脂により覆われており、その大部分がモールド樹脂９に封入されることで、電極２以外の他の部品にショートなどのトラブルが発生しないようになっている。なお、電極２については、少なくともその表面２０は樹脂モールドされておらず、外部に露出するようになっている。

次に、上記した構成の脳波計測用電極装置１による計測原理を説明する。図２に示す様に、電極２は、人の頭皮１０に誘電体（頭髪１１）を挟んで装着される。電極２は、図２の破線で囲んだ領域中のコンデンサ５の一方の電極に対応し、抵抗素子４を介して接地されている。図２のように、頭皮１０と電極２との間の静電容量値をＣ_ｂ、抵抗素子４の抵抗値をＲ_ｇ、オペアンプ３０の入力段の抵抗値および静電容量値をそれぞれＲ_ｏｐ，Ｃ_ｏｐ、脳電位をＶ_ｖｉｖｏ、オペアンプ３０の出力電圧をＶ_ｏｕｔとすると、かかる仮想的な回路構成の伝達関数は、以下の数式（２）で表される。

上記数式（２）において、オペアンプ３０の特性により、オペアンプ３０の抵抗値Ｒ_ｏｐは十分に大きいために、以下の数式（３）のように近似できる。

また、上記数式（１）および数式（３）を用いると、以下の数式（４）のように近似できる。

さらに、オペアンプ３０の特性により、オペアンプ３０の静電容量値Ｃ_ｏｐは他の静電容量値よりＣ_ｂも十分に小さいために、以下の数式（５）のように近似でき、上記数式（２）において、上記数式（３），（４），（５）のように仮定すると、Ｖ_ｏｕｔ≒Ｖ_ｖｉｖｏが導かれる。

このように、本実施形態の脳波計測用電極装置１によれば、人の頭皮１０に電極２を直接接触させることなく、頭皮１０に頭髪１１を挟んだ状態で装着して計測するようにしても、脳電位Ｖ_ｖｉｖｏをその電圧値を変えることなく検出することが可能となっている。

以下に、本発明に係る脳波計測用電極装置（以下、「容量結合型電極」という。）１を用いた脳波計測の実施例を示す。脳波の基礎律動には周波数ごとに名前が付けられており、主要な周波数帯域として、δ波（０．５Ｈｚ〜４Ｈｚ），θ波（４Ｈｚ〜８Ｈｚ），α波（８Ｈｚ〜１３Ｈｚ），β波（１３Ｈｚ〜４０Ｈｚ）の４つに分けられる。そこで、本実施例では、その中でも覚醒時および睡眠時に出現する特徴的な脳波であるα波，β波，δ波が容量結合型電極１を用いて計測できるか否かを確認するために、以下の４つの実験（実施例１〜実施例４）を行った。計測は、健常成人男性１名を対象に、シールド室内で行った。

容量結合型電極１は、電極２に、直径約５ｍｍおよび厚さ約０．６５ｍｍの円板状の銅板を用い、図３に示すように、銅板の表面が露出するように、基板８をエポキシ樹脂で覆い成形したものを使用した。オペアンプ３０は、低雑音タイプのもの（BURR-BROWN社製の「OPA124U」)を使用した。

＜実施例１＞
α波は、覚醒時の安静状態における閉眼時に、後頭部に比較的優位に出現することが知られている。また、β波は、覚醒時の安静状態における開眼時に、頭部中心部に比較的多く出現することが知られている。そこで、本実施例１では、容量結合型電極１を用いてα波およびβ波を計測できるか否かを確認するため、開眼時と閉眼時の脳波計測を行った。電極の装着位置は、図４に示す国際脳波学会の標準法である10-20法に従って、Ｏ２の１点に電極を装着した。被験者の頭部に装着された容量結合型電極１から出力される出力電圧Ｖ_ｏｕｔは、信号線１２（図３に示す）を介して計測機器（図示せず）に入力される。また、基準電極導出法に従い、被験者の耳朶（本実施例では、左耳朶Ａ１）に電極（基準電極）を取り付け、左耳朶Ａ１の電位を基準電圧Ｖ₀としてとり、同様に計測機器に入力することにより、該計測機器によりＶ_ｏｕｔとＶ₀との差動増幅および電気信号のバンドパスフィルタリングを行い、目的とする脳波信号を取得して、時系列データとしてＰＣ（図示せず）に記憶させた。また、比較例として、従来の銀−塩化銀皿電極（以下、「リファレンス電極」という。）を被験者の頭部の同じ位置に装着し、容量結合型電極１と同様の方法で、同時に脳波計測を行った。なお、計測機器としては、携帯型多用途生体アンプ（TEAC社製の「Polymate」)を使用した。バンドパスフィルタの設定値は、５．０〜６０［Ｈｚ］に設定した（なお、後述する他の実施例では、０．５〜３０［Ｈｚ］に設定した。）。

リファレンス電極１００は、図５（ａ）に示すように、容量結合型電極１と並べて、計測部位の頭髪を掻き分け、ペーストを使用して装着した。一方、容量結合型電極１は、頭髪の上にテープなど固定のみ行った。また、各電極と頭部との密着性を向上させるために、各電極の上から頭髪にシールを貼り付け、ネットなどにより固定した（図５の（ｂ）参照）。

計測結果を図６および図７に示す。図６は、容量結合型電極１およびリファレンス電極１００による開眼時および閉眼時の脳波信号の計測波形のうち、計測開始後１０秒の脳波信号の計測波形を示している。なお、上段から、容量結合型電極１による開眼時の脳波計測波形、リファレンス電極１００による開眼時の脳波計測波形、容量結合型電極１による閉眼時の脳波計測波形、リファレンス電極１００による閉眼時の脳波計測波形、をそれぞれ示している。図７は、計測開始後６０秒の脳波信号の計測波形に関して、周波数解析ソフト（Light Stone社製の「OriginPro 7J」）を用いて周波数解析（ＦＦＴ）した結果を示している。

図６を参照すると、容量結合型電極１による脳波計測波形は、リファレンス電極１００による脳波計測波形と極めて近似した変動を示しており、容量結合型電極１による脳波計測波形においても、リファレンス電極１００による脳波計測波形と同じように、閉眼時にα波を確認することができるとともに、開眼時にはα波が抑制されてβ波（速波）が増加していることを確認することができた。

また、図７を参照すると、容量結合型電極１による脳波計測波形では、図７（ａ），（ｂ）から分かるように、開眼時には周波数帯域の広域にスペクトルが分散しているのに対し、閉眼時には１０Ｈｚにおいてスペクトルが最大になっていることを確認することができた。また、図７の（ａ）と（ｃ）、および、図７の（ｂ）と（ｄ）を比較すると、容量結合型電極１による脳波計測波形とリファレンス電極１００による脳波計測波形とで、同等レベルの周波数解析結果が得られることを確認することができた。

これらの結果から、容量結合型電極１を使用することにより、主要な脳波であるα波およびβ波を、頭皮に直接接触させることなく頭髪の上に装着するようにしても計測することが可能であることが確認された。

＜実施例２＞
δ波は、一般的には深睡眠（睡眠深度３または４）時に出現し、安静覚醒時に出現すると、直ちに脳機能の異常低下と判定できる徐波（α波よりも周波数が小さい波のこと）である。そこで、本実施例２では、容量結合型電極１を用いて睡眠時の特徴的な脳波であるδ波を計測できるか否かを確認するため、１晩の睡眠時の脳波計測を行った。電極の装着位置は、図４に示す国際脳波学会の標準法である10-20法に従って、Ｃ３，Ｃ４，Ｏ１，Ｏ２の４点に電極を装着した。なお、本実施例２では、被験者の左耳朶Ａ１および右耳朶Ａ２に基準電極を取り付けて、左耳朶Ａ１および右耳朶Ａ２の電位を基準電圧Ｖ₀としてとり、基準電極の活性化による影響を低減するために、Ｃ３−Ａ２，Ｏ１−Ａ２，Ｃ４−Ａ１，Ｏ２−Ａ１のように、探査電極および基準電極を組み合わせた基準電極導出法を用いた。また、容量結合型電極１およびリファレンス電極１００については、各電極位置ごとに、上記した実施例１と同様の方法で被験者の頭部に装着した。

計測結果を図８および図９に示す。図８は、容量結合型電極１およびリファレンス電極１００による深睡眠（睡眠深度３，４）時の２０秒間の脳波信号の計測波形を示している。なお、上段から、容量結合型電極１によるＣ３位置の脳波計測波形、リファレンス電極１００によるＣ３位置の脳波計測波形、容量結合型電極１によるＣ４位置の脳波計測波形、リファレンス電極１００によるＣ４位置の脳波計測波形、容量結合型電極１によるＯ１位置の脳波計測波形、リファレンス電極１００によるＯ１位置の脳波計測波形、容量結合型電極１によるＯ２位置の脳波計測波形、リファレンス電極１００によるＯ２位置の脳波計測波形、をそれぞれ示している。図９は、図８の脳波信号の計測波形に関して、周波数解析ソフト（Light Stone社製の「OriginPro 7J」）を用いて周波数解析（ＦＦＴ）した結果を示している。

図８を参照すると、容量結合型電極１による脳波計測波形は、リファレンス電極１００による脳波計測波形と極めて近似した変動を示しており、例えば、Ｃ３位置およびＣ４位置における脳波計測波形では、リファレンス電極１００による脳波計測波形と同じように、２．５秒〜５秒の間、および、８秒〜１５秒の間で、δ波を顕著に確認することができた。

また、図９を参照すると、図９（ａ），（ｃ），（ｅ），（ｇ）からも分かるように、容量結合型電極１による脳波計測波形は、リファレンス電極１００による脳波計測波形と同様、δ波の周波数帯域である０．５〜４．０［Ｈｚ］でスペクトルが最大になっていることを確認することができた。

これらの結果から、容量結合型電極１を使用することにより、主要な脳波であるδ波を、頭皮に直接接触させることなく頭髪の上に装着するようにしても計測することが可能であることが確認された。

＜実施例３＞
本実施例３は、上記した実施例１，２において、容量結合型電極１がリファレンス電極１００からのクロストークにより、リファレンス電極１００から計測装置に出力される電気信号と同一の電気信号を該計測装置に出力する可能性があることを考慮したものである。本実施例３では、図１０に示すように、計測機器およびＰＣをそれぞれ２台ずつ用意し、脳波計測のために、被験者の頭部に装着された容量結合型電極１から出力される出力電圧Ｖ_ｏｕｔの電気信号を計測機器１４ＡおよびＰＣ１５Ａに出力する一方で、リファレンス電極１００から出力される電気信号を、容量結合型電極１とは別の計測機器１５ＢおよびＰＣ１５Ｂに出力し、容量結合型電極１とリファレンス電極１００とを電気的に完全に分離したうえで、上記実施例２と同様の方法で脳波計測を行うようにした。

計測結果を図１１および図１２に示す。図１１は、容量結合型電極１およびリファレンス電極１００による深睡眠（睡眠深度４）時の４０秒間の脳波信号の計測波形を示している。なお、上段から、容量結合型電極１によるＣ３位置の脳波計測波形、リファレンス電極１００によるＣ３位置の脳波計測波形、容量結合型電極１によるＣ４位置の脳波計測波形、リファレンス電極１００によるＣ４位置の脳波計測波形、容量結合型電極１によるＯ１位置の脳波計測波形、リファレンス電極１００によるＯ１位置の脳波計測波形、容量結合型電極１によるＯ２位置の脳波計測波形、リファレンス電極１００によるＯ２位置の脳波計測波形、をそれぞれ示している。図１２は、図１１の脳波信号の計測波形に関して、周波数解析ソフト（Light Stone社製の「OriginPro 7J」）を用いて周波数解析（ＦＦＴ）した結果を示している。

図１１を参照すると、容量結合型電極１とリファレンス電極１００とを電気的に完全に分離しても、容量結合型電極１による脳波計測波形は、リファレンス電極１００による脳波計測波形と極めて近似した変動を示しており、例えば、Ｏ２位置における脳波計測波形では、リファレンス電極１００による脳波計測波形と同じように、０秒〜８秒の間、１０秒〜２０秒の間、および、２２秒〜３８秒の間で、δ波を顕著に確認することができた。

また、図１２を参照すると、図１２（ａ），（ｃ），（ｅ），（ｇ）からも分かるように、容量結合型電極１による脳波計測波形は、リファレンス電極１００による脳波計測波形と同様、δ波の周波数帯域である１Ｈｚでスペクトルが最大になっていることを確認することができた。

これらの結果から、上記実施例１および実施例２の容量結合型電極１による計測結果が、リファレンス電極１００からのクロストークによるものではないことが確認され、容量結合型電極１を使用することにより、頭皮に直接接触させることなく頭髪の上に装着するようにしても、主要な脳波であるα波、β波、およびδ波を計測することが可能であることが確認された。

＜実施例４＞
日常生活での脳波計測は、日常生活におけるヘルスケアに有用であり、日常生活で手軽に脳波計測を行うことが求められている。そこで、本実施例４では、容量結合型電極１を用いて、手軽に脳波計測を行うことができる否かを確認するため、容量結合型電極１を帽子（本実施例では、目出し帽）に組み込み、被験者にこの帽子を着用させたうえで、１晩の睡眠時の脳波計測を行った。

図１３に示すように、本実施例４では、図４に示す頭部のＣ３，Ｃ４，Ｏ１，Ｏ２の各位置に電極が位置するように、容量結合型電極１を帽子１３内面の頭部装着面にそれぞれ取り付けた。そして、リファレンス電極１００を、被験者の頭部の所定位置（図４のＣ３，Ｃ４，Ｏ１，Ｏ２の各位置）に装着した後、被験者にこの帽子１３を着用させ、そして、上記実施例２と同様の方法で脳波計測を行った。なお、容量結合型電極１は、ベルクロテープで帽子１３に取り付けられているために、帽子１３着用後の電極位置の微調整が可能になっている。なお、図１３においては、人の頭髪１１は図示を省略している。

計測結果を図１４〜図１６に示す。図１４は、容量結合型電極１およびリファレンス電極１００による深睡眠（睡眠深度４）時の３０秒間の脳波信号の計測波形を示している。なお、上段から、容量結合型電極１によるＣ３位置の脳波計測波形、リファレンス電極１００によるＣ３位置の脳波計測波形、容量結合型電極１によるＣ４位置の脳波計測波形、リファレンス電極１００によるＣ４位置の脳波計測波形、容量結合型電極１によるＯ１位置の脳波計測波形、リファレンス電極１００によるＯ１位置の脳波計測波形、容量結合型電極１によるＯ２位置の脳波計測波形、リファレンス電極１００によるＯ２位置の脳波計測波形、をそれぞれ示している。図１５は、図１４の脳波信号の計測波形に関して、周波数解析ソフト（Light Stone社製の「OriginPro 7J」）を用いて周波数解析（ＦＦＴ）した結果を示している。

図１４を参照すると、容量結合型電極１を帽子１３に組み込むことによって脳波を計測するようにしても、容量結合型電極１による脳波計測波形は、リファレンス電極１００による脳波計測波形と極めて近似した変動を示しており、リファレンス電極１００による脳波計測波形と同じように、δ波を確認することができた。

また、図１５を参照すると、図１２（ａ），（ｃ），（ｅ），（ｇ）からも分かるように、容量結合型電極１による脳波計測波形は、リファレンス電極１００による脳波計測波形と同等レベルの周波数解析結果が得られ、リファレンス電極１００による脳波計測波形と同様、δ波の周波数帯域である１Ｈｚでスペクトルが最大になっていることを確認することができた。

これらの結果から、容量結合型電極１は帽子１３などに組み込むことによっても、脳波の特徴的な波形の一つであるδ波の計測が可能であることが確認され、容量結合型電極１を使用することにより、簡便な方法で脳波計測を行うことが可能であることが確認された。

また、図１６は、計測開始から５時間半後における容量結合型電極１およびリファレンス電極１００による３０秒間の脳波信号の計測波形を示している。なお、上段から、容量結合型電極１によるＣ３位置の脳波計測波形、リファレンス電極１００によるＣ３位置の脳波計測波形、容量結合型電極１によるＣ４位置の脳波計測波形、リファレンス電極１００によるＣ４位置の脳波計測波形、容量結合型電極１によるＯ１位置の脳波計測波形、リファレンス電極１００によるＯ１位置の脳波計測波形、容量結合型電極１によるＯ２位置の脳波計測波形、リファレンス電極１００によるＯ２位置の脳波計測波形、をそれぞれ示している。

図１６を参照すると、計測開始から５時間半が経過した後においても、容量結合型電極１による脳波計測波形は、リファレンス電極１００による脳波計測波形と同じように、基礎律動による波形や、１７．５秒および２７．５秒において、睡眠深度２の判定指標である睡眠紡錘波を確認することができた。睡眠紡錘波とは、波形の輪郭が紡状を呈し、持続時間が０．５秒〜１．５秒の波形である。

この結果から、容量結合型電極１は、長時間にわたる計測においても、これを使用することが可能であることが確認された。

上記したとおり、本発明の脳波計測用電極装置１を用いると、人の頭皮に直接接触させることなく、頭髪の上から頭髪を挟んだ状態で頭皮に装着するようにしても、良好な信号レベルの脳波信号を計測することができる。よって、脳波計測の際に、頭皮の脂肪分や汚れを清拭するなどの頭皮処理を行ったり、ペーストを使用して電極を頭皮に接触させたりするなどの事前処理の手間が省け、その結果、被験者に不快感を与えることがないうえ、被験者にかかる負担を軽減することができる。

また、長時間にわたる脳波の計測にも使用することが可能であるとともに、帽子などに組み込むことによっても良好な脳波信号を計測することができるので、日常生活において、簡便に脳波計測を行うことも可能である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な態様は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、図３に示すように、基板８は、電極２のみが露出するように、エポキシ樹脂により覆われて成形されているが、図１７に示すように、基板８は、電極２およびオペアンプ３０を含む全体がエポキシ樹脂によりモールドされていてもよい。本発明の脳波計測用電極装置１は、電極２を人の頭皮１０の表面に直接接するように装着するのではなく、頭髪などの誘電体を電極２と頭皮１０との間に介在させることで、電極２と頭皮１０の静電容量結合によって、脳電位Ｖ_ｖｉｖｏを計測するようにしているので、図示例のように、電極２の表面２０が樹脂により覆われていても、この樹脂は、頭皮１０と電極２との間に介在させる誘電体として機能するので、良好な信号レベルの脳波信号を計測することが可能である。

この実施形態によると、電極２がモールド樹脂９内に完全に封入されるので、電極２が外力や摩耗などによる経年変化で劣化して計測精度に影響を及ぼすおそれも少なく、また、高寿命を得ることもできる。

１脳波計測用電極装置
２電極
３増幅回路
４抵抗素子
７ハイパスフィルタ
８基板
９モールド樹脂
１０頭皮
１１頭髪
１３帽子
３０オペアンプ

Claims

人の脳波信号を計測するために用いられる脳波計測用電極装置であって、
人の頭皮に頭髪を介して装着される導電性の電極と、
前記電極に接続され、前記電極と頭皮との間の静電容量結合による電圧変化を検出する増幅回路と、
一端が前記電極に接続されるとともに他端が接地される抵抗素子とを備え、
前記電極が人の頭皮に頭髪を介して装着された場合に、前記電極および頭皮間に形成されるコンデンサと前記抵抗素子とによって形成されるハイパスフィルタのカットオフ周波数が限りなく０に近似されるように、前記抵抗素子の抵抗値が決定されていることを特徴とする脳波計測用電極装置。
基板の一方の面に前記電極が実装されるとともに、前記基板の他方の面に前記増幅回路が実装され、前記基板に設けられたスルーホールを介して前記電極および前記増幅回路が接続されることを特徴とする請求項１に記載の脳波計測用電極装置。
前記基板は、前記電極のみが露出するように、樹脂によりモールドされていることを特徴とする請求項２に記載の脳波計測用電極装置。
前記基板は、前記電極および前記増幅回路を含む全体が樹脂によりモールドされていることを特徴とする請求項２に記載の脳波計測用電極装置。
前記脳波計測用電極装置は、帽子に組み込まれていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の脳波計測用電極装置。